Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 [ 197 ] 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

Рис. XXII-27. Схема топки под давлением:

1 - штуцер для форсунки; 2 - камера сгорания; 3 - камера смешения; 4 предохранительный клапан. Потоки: I - холодный воздух; Л - воздух на горение; Ш нагретый воздух

ванием поверхностных аппаратов такой способ нагрева воздуха проще и не требует больших затрат; однако недостатком его является снижение концентрации кислорода в воздухе за счет разбавления воздуха дымовыми газами.

Широко применяется в промышленной практике охлаждение газов путем впрыска в поток воды. Охлаждение газов этим методом может быть осуществлено в трубопроводе или любом соответствующем аппарате, через который проходит газ. Воду впрыскивают через специальные распыляющие форсунки. Высокая степень дисперсности воды облегчает ее испарение и позволяет завершить охлаждение газа в аппарате небольшого объема. Вследствие высокой скрытой теплоты испарения воды ее расход на охлаждение газов невелик.

Подобные методы охлаждения газов возможны в тех случаях, когда конечная температура их охлаждения выше или равна температуре насыщения водяными парами. Метод неприменим, если увлажнение газов недопустимо.

В связи с широким распространением в нефтеперерабатывающей промышленности контактных процессов (каталитический крекинг, коксование, каталитическая переработка газов, адсорбционная очистка) широко распространены процессы теплообмена непосредственным смешением паров или жидкости при контакте с твердым материалом.

Процессы теплообмена смешением газопаровых или жидких потоков с твердым материалом могуг быть классифицированы по следующим основным признакам.

1. Теплообмен со стационарным и нестационарным потоками тепла. При стационарном потоке тепла температурный режим в любых сечениях теплообменивающихся сред не меняется во времени. При нестационарном потоке тепла, имеющем место в случае периодического нагрева или охлаждения твердого материала, температурный режим с течением времени меняется.

2. Теплообмен в противотоке, прямотоке и при однократном смешении.

3. Теплообмен в движущемся слое. В зависимости от характера дви-

жения твердой фазы различают теплообмен в движущемся сплошном слое, в слое пересыпающихся или падающих частиц, в псевдоожиженном слое твердых частиц, в процессе пневмотранспорта.

Примером теплообмена смешением при прямотоке является нагрев воздуха катализатором в процессе его транспортирования на установке каталитического крекинга. В этом случае воздух, необходимый для регенерации катализатора, нагревается при непосредственном смешении с катализатором и используется для перемещения катализатора из реактора в регенератор.

Таким же способом на установках каталитического крекинга часто нагревают и испаряют исходное сырье. В транспортный стояк сырье подается в жидком или парообразном состоянии, при смешении с катализатором оно испаряется и нагревается. В этом случае пары сырья являются транспортирующим агентом.

Однократное контактирование происходит при теплообмене между паром (или газом) и псевдоожиженным слоем твердого материала (см. гл. XVIII). Благодаря перемешиванию и большой поверхности частиц теплообмен в слое происходит весьма интенсивно и температуры во всем объеме слоя близки между собой.

НАГРЕВАЮЩИЕ И ОХЛАЖДАЮЩИЕ АГЕНТЫ

Нагревающие агенты. Основным источником тепла на нефтегазоперерабатывающих заводах является сгорание топлива. При этом тепло либо непосредственно используется для нагрева, либо передается при помощи специальных теплоносителей.

В первом случае топливо сжигают в аппарате, служащем непосредственно для нагрева, например в трубчатой печи. Во втором случае тепло сжигаемого топлива используется для нагрева теплоносителя, который далее транспортируется к месту потребления тепловой энергии.

Наиболее удобным и распространенным теплоносителем является водяной пар. Его легко транспортировать к месту потребления, а централизованное производство водяного пара в ТЭЦ или в крупной котельной позволяет наиболее эффективно использовать тепло топлива, совмещая производство водяного пара с выработкой электроэнергии (ТЭЦ). Достоинствами водяного пара как теплоносителя являются высокий коэффициент теплоотдачи при его конденсации, большие значение скрытой теплоты конденсации, возможность использования конденсата и др.

Обычно в качестве теплоносителя используется насыщенный водяной пар, так как расход перегретого водяного пара вследствие его малой теплоемкости высок, а коэффициент теплоотдачи от перегретого пара к теп-лообменной поверхности мал.

К недостаткам водяного пара как теплоносителя относится сравнительно низкая температура его при высоком давлении. Так, при абсолютном давлении Р = 0,98 МПа температура конденсации пара равна 179 °С, и, следовательно, использовать его можно при нагреве до температуры не выше 160- 170 °С. Для нагрева среды до 200 °С требуется насыщенный пар подавать под давлением 2,5 - 3,0 МПа.

При нагреве до высоких температур значительного снижения давления

в теплообменной аппаратуре можно достигнуть, применяя конденсирующийся теплоноситель с более высокой температурой кипения.

В промышленной практике применяют такие теплоносители, как смесьдифенилаи дифенилоксида, известную под названием даутерма, ртуть и др. Температура кипения даутерма при атмосферном давлении равна 257 °С, а при температуре 350 °С абсолютное давление насыщенных паров даутермы составляет приблизительно 0,6 МПа. Однако скрытая теплота его конденсации значительно ниже, чем для водяного пара и составляет 251 кДж/кг при атмосферном давлении. При нагреве до температуры выше 400 °С находит применение смесь азотнокислых и азотистокислых солей натрия и калия. Так, смесь солей, состоящая из NaNOi (40 %), NaNOj (7 %) и KNO3 (53 %) имеет теплоту плавления 81,6 кДж/кг, температуру плавления 142 °С, теплоемкость 1,6 кДж/(кгК) и вязкость при 260 °С, равную 4 мПас, а при 538 °С - 1,0 мПа • с. В частности, такой теплоноситель применялся на установке каталитического крекинга с неподвижным слоем катализатора.

На нефтеперерабатывающих заводах в качестве теплоносителя для нагрева до температуры выше 200 °С часто используются высококипящие нефтепродукты. В этом случае теплоноситель нагревают в трубчатой печи, транспортируют к месту его использования, а после охлаждения возвращают в печь для нагрева.

Иногда в качестве теплоносителя применяют дымовые газы или горячий воздух, нагреваемый в топках под давлением. Недостатками такого теплоносителя являются низкий коэффициент теплоотдачи к теплообменной поверхности [обычно не выше 58 Вт/(мК)] и малая теплоемкость 1,05-1,26 кДж/(кгК). Низкий коэффициент теплоотдачи может быть несколько скомпенсирован созданием более высокого температурного напора, что в случае использования дымовых газов не представляет затруднений.

В некоторых отраслях промышленности в качестве теплоносителя используют перегретую воду при температуре 350-360 °С, которая циркулирует в системе под давлением выше 20 МПа.

В некоторых контактных процессах нефтепереработки применяют твердые теплоносители, в качестве которых используют катализатор, кокс, малоактивный материал и др. Применение этих теплоносителей обычно связано с особенностями технологических процессов. Теплоносителями являются также все получаемые на нефтеперерабатывающих установках высокотемпературные потоки, тепло которых может быть использовано для нагрева сырья в регенераторах тепла.

Помимо топлива источником тепла может служить также электроэнергия. Применение электроэнергии в качестве источника тепла в нефтеперерабатывающей промышленности ограничено.

Охлаждающие агенты. Наиболее распространенным и дешевым охлаждающим агентом является вода, используемая для охлаждения до 30 - 35 °С. В процессе эксплуатации систем водоснабжения и канализации на нефтегазоперерабатывающих заводах происходит загрязнение сточных вод, зависящее от состава перерабатываемой нефти, профиля завода, состояния технологического оборудования, правильности подключения установок к системам канализации. Для уменьшения количества вредных веществ, которое сбрасывается в водоем со сточными водами на нефтегазоперерабатывающих заводах организуется проточное или так назы-